Материал: Метода

Рис. 2.8. Резистивные элементы пневмотахометра: а – экран; б – капилляры или каналы

На рис. 2.8, а показан вариант, в котором элемент выполнен из одного или нескольких экранов из мелкой сетки и располагается перпендикулярно потоку Q (при этом просвет сосуда может быть дополнительно сужен). Перепад давлений P = P2 – P1 измеряют в поперечном к потоку направлении с помощью отведений на стенке трубки (в пограничном слое потока). Давление, создаваемое отведенным потоком газа, регистрируется дифференциальным манометром с измерительной цепью.

Вариант конструкции резистивного элемента пневмотахометра в виде блока (сборка) тесно упакованных капилляров или каналов, ориентированных вдоль потока, показан на рис. 2.8, б. Считается, что у этих типов пневмотахометров (расходомеров) зависимость потока от перепада давления является практически линейной в широком диапазоне, причем эти физические величины совпадают по фазе.

Как правило, резистивный элемент размещают в трубке круглого сечения. Перепад давления измеряют в поперечном к потоку направлении по

Вихревые расходомеры (расходомеры с мишенями). В расходомерах данного типа основным элементом является дискообразная или шарообразная мишень, укрепленная на эластичном тросе, один противоположный конец которого неподвижно закреплен (рис. 2.10) [15]. Поток жидкости или газа приводит к смещению мишени, что вызывает деформацию троса, а установленные на нем тензодатчики регистрируют тип и степень деформации. Полученные данные позволяют судить о скорости потока вещества, а также о его направлении.

Направление потока

Рис. 2.10. Схема расположения ключевых элементов вихревого расходомера

Достоинством таких датчиков является возможность проведения измерений расхода и скорости потока в двух или даже в трех различных направлениях. Для обеспечения подобной многозадачности необходимо обеспечить симметричность мишени для всех нужных направлений.

Рассмотрим структуру серийного пневмотахометра, представленную на рис. 2.11.

В данном приборе на датчике дифференциального давления формируется сигнал, который в дальнейшим преобразуется в цифровую форму на 24битном АЦП. Также данный прибор оборудован датчиками атмосферного давления, температуры и влажности, т. е. тех физических величин, которые могут оказать прямое или косвенное влияние на результат измерений объемной скорости потока. Формируемые ими сигналы оцифровываются и поступают на микропроцессор, где осуществляется корректировка значений объемной скорости с учетом показаний всех датчиков. В дальнейшем они могут быть переданы на внешнее устройство через интерфейс USB.

52

Рис. 2.11. Структурная схема пневмотахометра

Еще одним прибором, предназначенным для измерения скорости потока воздуха, является пикфлоуметр. В отличие от пневмотахометров, функциональные возможности пикфлоуметра скромнее: он предназначен для определения одного единственного параметра – пиковой объемной скорости выдоха. Прибор позволяет оценить состояние работы органов дыхания при таких заболеваниях легких, как хронический бронхит или бронхиальная астма, а также применяется в целях анализа эффективности принимаемых препаратов. Принцип действия механического пикфлуометра очень прост и основан на вертикальном перемещении стрелки под давлением на нее воздушного потока. Существуют также электронные пикфлоуметры, но они не получили такого широкого распространения, как механические.

На рис. 2.12 представлен типичный представитель класса механических пикфлоуметров – MicroPeak.

Рис. 2.12. Пикфлоуметр MicroPeak 53

Прибор состоит из мундштука и собственно датчика, значение пиковой скорости отмечается на шкале красной меткой. Достаточно часто прибор градуируется в цветовой шкале, в этом случае зеленый диапазон означает норму, желтый – наличие функциональных нарушений, а красный – наличие явной патологии.

Основные технические характеристики прибора представлены в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Основные технические характеристики пикфлуометра MicroPeak

Несмотря на простоту, прибор достаточно информативен в клиническом смысле, а также может применяться в домашних условиях самими пациентами, поэтому он нашел широкое применение как средство мониторинга состояния дыхательной системы (прежде всего, у больных бронхиальной астмой). Однократное измерение пикового потока может ввести в заблуждение, поэтому измерения проводятся минимум три раза с небольшими перерывами, а затем фиксируется наилучший результат.

Ведение дневника самоконтроля и регистрация значений пикового потока дважды в день позволяет в течение нескольких недель выстроить диаграмму для объективной оценки состояния пациента и корректирования проводимой терапии. Изменчивость пикового потока – это ключевой индикатор, указывающий, что пациент получает адекватное лечение. У больных с хроническим течением бронхиальной астмы дневная изменчивость PEF составляет: до 8 % – у обычных пациентов; до 15 % – у пациентов с тяжелым течением болезни. Увеличение изменчивости (появление «утренних провалов») – признак обострения астмы. На рис. 2.13 показан пример того, как пикфлоуграмма зависит от состояния пациента.

Наиболее часто используемыми показателями, характеризующими состояние механики дыхания, являются абсолютный объем легких и объем газа в легких при различных дыхательных маневрах. Измерение объема легких чаще всего проводят путем измерения объема газа, проходящего через выходное отверстие. Этот метод называют спирометрией, а соответствующие приборы – спирометрами.

54